基于三维实体造型技术的机械制图教学探讨

摘 要：本文探讨了三维实体造型技术在当前机械制图教学和工程应用方面的现状及前景，并预示了以三维实体造型为基础的机械制图教学新体系替代传统旧体系是必然趋势，最后就该体系的基本内容框架和教学实践的初步体会作了简要说明。

关键词：机械制图；三雏实体造型教孥体系；空间想象力力

1 对基于投影法的传统教学体系的客观认识

投影法是前人在长期实践中创造并不断完善的一种实用图示方法。前人用此方法表述了设计者的思想，传递了科学技术发展的成果，至今仍继续发挥着巨大的作用。但是，它是仪器和手工绘图时代的产物。多年的教学实践表明，以正投影法为基础的画法几何及其教学体系，对于开发人类智力、培养和发展空间思维与想象能力起到了一定的作用，但画法几何把原本直观的立体抽象化了，学生画图和认图始终处在一个抽象思维和想象的环境中，违背了认识论的基本规律，对培养空间思维和想象能力的作用不大，反而使学生更加迷惑。图学教育界相关的调查与测试也有相同的结论。按照认识的规律，在三维空间中去直接认识和感知三维实体，才是发展和提高空间想像力和创造力的最好方法。

目前工程设计中使用的各种计算机绘图软件，不仅能从绘图技术上完全替代传统的尺规和手工作图，还有可能彻底改变以投影理论为基础的传统设计绘图方法。

2 三维实体造型相关技术在教学中的应用

近几年来，国内图学教育界对三维实体造型的教学与研究越来越重视，大家也普遍感受到在教学中贯穿三维实体造型技术的必要性和紧迫感。目前仅在研究生教学、工业造型设计和艺术设计等专业开设了该课程，有些学校则在本科生中开设了选修课。当然，由于我国机械制造行业当前尚不够先进，具备计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）等现代制造技术和装备能力的企业仍是少数，因而在本科教学中以三维实体造型技术完全取代传统工程制图教学体系仍有相当的难度，但从长远来看，这一改革势在必行。在教学手段方面，三维实体造型软件（如3D MAx等）作为重要的教学软件开发工具之一用于3D动画制作、教学动画演示课件设计等，把Auto CAD、3D MAX的实体造型技术和动画功能与其它多媒体制作软件结合起来用于工程制图的教学与辅导方面，这些进展和成效是有目共睹的。

3 基于三维实体的机械制图教学体系框架与内容

传统的以画法几何为基础的机械制图教学体系将被以现代计算机图形技术为基础的新体系所代替，顺应这一发展趋势，我们尝试进行了基于三维实体造型技术的机械制图教学实践，并逐渐形成了新的教学体系。这一基于三维实体造型技术的机械制图教学新体系采用多媒体教学手段，分为以下四部分。

1.制图基础部分。限于课时，我们取消了画法几何中点、线、面的投影内容，把计算机绘图操作和平面图形的绘制方法作为重点，为实体造型打下基础；徒手草图和轴测图训练主要培养学生现场工作能力。具体内容包括3块：①计算机平面图形的绘制：计算机绘图基本知识与操作命令；平面图形的绘制方法。②徒手草图技能：画徒手草图的技能训练。③轴测图知识：正等轴测图的画法。

2.三维实体造型部分。基本模型和复杂模型的建模方法可以把传统内容中的基本体、截割体、相贯体、组合体及组合方式等内容贯穿起来，既学会了这些形体的建模方法，也了解了它们的结构，同时包含了形体分析的方法与思想。通过对实体模型进行编辑操作，能够把组合体的组合方式（叠加、截切、贯交、综合等）、剖切面和断面等知识串起来。对实体模型作倒角、倒圆、抽壳等编辑操作，可以帮助学生理解机械工程形体的常见结构。在讲解实体模型的投影图转换方法时，再引出正交投影的概念，进一步介绍基本视图、辅助视图、剖视图和断面图等表达方法，从而使学生更直观地了解到投影图与三维模型的关系，增强了教学的直观性，加深了学生的理解程度，收到明显的效果。这部分的内容是整个体系的核心，是培养、发展和提高学生空间想象能力和创造能力的关键。具体内容包括6块：①三维实体的造型方法：三维实体的建模方法与操作命令；基本模型的建模方法（柱、锥、球、环、拉伸和旋转体等）；实体的相交问题（截交和相贯）；复杂模型的编辑（组合体）。②实体模型的编辑：实体模型的编辑命令及操作技巧；实体模型的结构及组合方式（如叠加、截切、贯交、综合等）。③工程实体模型结构：工程形体的结构（如倒角、圆角、抽壳、壁厚等）。④实体模型转换为正投影图：平等正投影图与投影的概念及形成；基本视图、辅助视图、剖视图、断面图等；实体模型提取正投影图的操作方法；特殊投影图的提取方法。⑤实体模型的渲染：实体模型的渲染（灯光、场景、材质）；渲染效果与输出等。⑧图形输出：平面布局图；图形的输出与打印。

3.机械图部分。除了利用计算机软件进行实体模型或零件的虚拟装配和干涉检查外，其它内容都是传统机械图的教学内容。具体内容包括3块：①尺寸标注：组合体及零件的结构与尺寸标注；极限与配合，尺寸基准与尺寸链分析。②机械图与机械基础知识：零件的结构、表达方法及技术要求；装配结构、表达方法、技术要求及装配图画法等。③实体模型的虚拟组装与实体干涉检查等：零件实体的虚拟装配与定位；零件实体间的干涉检查等。

4.课程设计。它代替了原来的装配体实体模型测绘，旨在提高学生的零件结构设计和整体的工程设计能力，是该课程结束时学生要完成的一个综合练习，也是一个重要的教学实践环节。具体内容包括：实体零件的建模、编辑与渲染；实体零件的投影图提取及标注尺寸；实体零件的虚拟装配练习。新教学体系框架是我们根据近几年来的教学实践和体会提出的，并部分在多媒体教学实践和三维实体造型选修课中作了尝试。实践表明，它能大大激发学生的学习兴趣，提高学习的主动性，在培养和发展学生空间想象能力方面收到了比传统画法几何教学好得多的效果。

作者简介

毛端强（1986-），男，江西南昌人，江西科技学院外语外贸学院 机械工程学士 研究方向：机械工程类。